電解質(zhì)有機(jī)溶劑是鋰離子電池電解質(zhì)的重要組成部分，在溶解鋰鹽方面發(fā)揮著重要作用。它對鋰鹽的溶解度、電解質(zhì)的導(dǎo)電性、電池的循環(huán)效率、可逆容量和安全性具有重要影響。優(yōu)化有機(jī)電解質(zhì)的組成、提高有機(jī)電解質(zhì)的電導(dǎo)率和降低極化是提高電池性能的最重要途徑之一。

電解質(zhì)有機(jī)溶劑的介電常數(shù)直接影響鋰鹽的溶解和解離過程。介電常數(shù)越大，鋰鹽越容易溶解和解離。電解質(zhì)有機(jī)溶劑的粘度對離子的移動速度有重要影響，粘度越小，離子的移動速率越快。

因此，鋰離子電池的電解質(zhì)傾向于選擇那些介電常數(shù)高、粘度低的電解質(zhì)有機(jī)溶劑。在實(shí)際情況下，具有高介電常數(shù)的電解質(zhì)有機(jī)溶劑的粘度必須相對較大，并且具有低粘度的電解質(zhì)有機(jī)溶液的介電常數(shù)也必須較小。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常將其與具有大介電常數(shù)的電解質(zhì)有機(jī)溶劑和具有低粘度的電解質(zhì)有機(jī)溶液混合以使介電常數(shù)相對較大，并且將具有相對較小粘度的混合溶劑用作鋰離子電池的電解質(zhì)。因此，通過優(yōu)化電解質(zhì)有機(jī)溶劑的組成，電解質(zhì)可以獲得最高可能的電導(dǎo)率。

作為最好的鋰離子電池電解液溶劑，它應(yīng)盡可能滿足以下要求：

● 低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、低蒸氣壓，工作溫度范圍寬；

● 高介電常數(shù)和低粘度，導(dǎo)致高電導(dǎo)率；

 

 

碳酸鹽電解質(zhì)有機(jī)溶劑

碳酸鹽是鋰電池行業(yè)最早使用的電解質(zhì)有機(jī)溶劑，在鋰電池行業(yè)中具有不可替代的地位。鋰電池中常用的碳酸鹽溶劑可分為兩種：環(huán)狀碳酸鹽和線型碳酸鹽。

一種是環(huán)狀碳酸酯，碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）是鋰離子電池電解質(zhì)中兩種最重要的環(huán)狀碳酸酯電解質(zhì)有機(jī)溶劑。PC在常溫常壓下為無色、透明、略帶芳香的液體，閃點(diǎn)為128°C，燃點(diǎn)為133°C。PC具有低熔點(diǎn)（-49°C），即使在低溫下，含有PC的電解質(zhì)仍具有高電導(dǎo)率。

在基于PC的電解質(zhì)中，鋰離子嵌入石墨的過程伴隨著PC的共嵌入現(xiàn)象。通常添加添加劑或共溶劑以在石墨電極表面形成穩(wěn)定的SEI膜，從而抑制PC共嵌入損壞電極。一般認(rèn)為，碳酸丙烯酯PC可有效抑制碳酸乙烯酯EC在低溫下的結(jié)晶，并可有效提高鋰離子的低溫性能。

電池的高低溫性能測試結(jié)果表明，與不含PC組分電解質(zhì)的電池相比，含有PC的電池在70°C的高溫和-10°C的低溫下的放電容量要高得多。EC的結(jié)構(gòu)與PC非常相似，比PC少一個甲基，這是PC的同系物。

EC在室溫下為無色晶體，閃點(diǎn)為160°C，熱安全性高于PC，粘度略低于PC，介電常數(shù)遠(yuǎn)高于PC，甚至高于水。它可以完全溶解或電離鋰鹽，這對提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性非常有益。

EC的熱穩(wěn)定性相對較高，加熱至200°C時僅發(fā)生少量分解，但在堿性條件下容易分解，可與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)生成碳酸二甲酯或乙二醇。EC的混溶性高于PC，并且可以以任何比例與水混溶。

 

 

第二種是線性碳酸鹽。常用的線性碳酸酯包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、甲基碳酸乙酯（EMC）和碳酸甲基丙酯（MPC）。線性碳酸酯通常具有低粘度和低介電常數(shù)，不能單獨(dú)用作鋰離子電池電解質(zhì)的良好溶劑，必須與環(huán)狀碳酸酯一起使用。DMC在室溫下為無色液體，閃點(diǎn)為18°C。它是一種無毒或低毒的產(chǎn)品，可與水或酒精形成共沸物。

DMC具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)含有羧基、甲基和甲氧基等官能團(tuán)，因此具有多種反應(yīng)性。DEC的結(jié)構(gòu)與DMC相似，在室溫下為無色液體，閃點(diǎn)為33°C，略高于DMC，但也比DMC更具毒性。DEC可溶于酮、醇、醚、酯等，但難溶于水，具有類似于醚的氣味。

EMC和MPC是不對稱的線性碳酸酯，它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和閃點(diǎn)接近DMC和DEC。然而，它的熱穩(wěn)定性較差，在堿性條件下容易加熱或酯交換生成DMC和DEC。與環(huán)狀碳酸酯相比，線性碳酸酯具有低熔點(diǎn)、低粘度和低介電常數(shù)，并且它們以任何比例與EC混溶。

由EC和DMC的混合溶劑制備的電解質(zhì)受益于這兩種溶劑的優(yōu)點(diǎn)，同時彌補(bǔ)了另一種溶劑的缺點(diǎn)，并且具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口。目前，商用鋰離子電池的電解質(zhì)溶劑是由EC和一種或兩種線性碳酸酯組成的混合溶劑。

 

 

羧酸酯電解質(zhì)有機(jī)溶劑

最重要的環(huán)狀羧酸鹽溶劑是γ-丁內(nèi)酯（BL），它已用于一次鋰電池，液體范圍溫度相對較寬，所形成的電解質(zhì)的電導(dǎo)率與EC+PC電解質(zhì)的電導(dǎo)率相似，并且它還可以形成類似碳酸鹽的鈍化膜。

然而，BL在暴露于水中時容易分解，具有高毒性，其循環(huán)效率遠(yuǎn)低于碳酸鹽電解質(zhì)有機(jī)溶劑，因此很少用于鋰離子電池。

線性羧酸酯主要包括甲酸甲酯（MF）、乙酸甲酯（MA）、丁酸甲酯（MB）和丙酸乙酯（EP）。這些酯的冰點(diǎn)平均比碳酸鹽低20-30°C，粘度更低，因此可以改善電解質(zhì)的低溫性能。

酯類電解質(zhì)有機(jī)溶劑

醚電解質(zhì)有機(jī)溶劑分為環(huán)醚、鏈醚、冠醚及其衍生物。環(huán)醚主要包括四氫呋喃（THF）、2-甲基四氫呋喃（2-MeTHF），1,3-二氧戊環(huán)（DOL）和4-甲基-1,3-二氧雜環(huán)戊烷（4-MeDOL）等。

鏈醚主要包括二甲氧基甲烷（DMM）、1,2-二甲氧乙烷（DME）、1,2二甲氧丙烷（DMP）和二甘醇（DG）。冠醚和隱窩酸鹽可以與鋰離子形成涂層型結(jié)合，大大提高鋰鹽的溶解度，實(shí)現(xiàn)陰陽離子對的有效分離和鋰離子與溶劑分子的分離。

這不僅可以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性，還可以減少在充電過程中溶劑共插和分解的可能性，但昂貴和有毒的冠醚化合物限制了它們的應(yīng)用。

新型電解質(zhì)有機(jī)溶劑

為了提高鋰離子電池的整體性能，人們開始開發(fā)新的電解質(zhì)有機(jī)溶劑。目前，對新型溶劑的研究主要集中在兩個方面：不易燃和阻燃電解質(zhì)有機(jī)溶劑。通過將鹵素原子引入常用的電解質(zhì)有機(jī)溶劑分子中，可以降低電解質(zhì)有機(jī)溶劑的可燃性，甚至完全可燃。

用鹵素原子取代PC分子中甲基的氫原子，得到了新的化合物，如三氟碳酸丙烯酯（CF-EC）J67，它具有非常好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，但也具有高介電常數(shù)，不易燃燒，并且可以用作鋰離子電池中的不易燃溶劑。

 

 

阻燃溶劑不僅自身不燃燒，而且可以同時通過氣相阻燃機(jī)理和冷凝相阻燃機(jī)理防止其他常規(guī)電解質(zhì)有機(jī)溶劑的燃燒。例如，磷酸三甲酯（TMP）本身是一種出色的阻燃劑，將其用作鋰離子電池的電解質(zhì)有機(jī)溶劑無疑可以顯著提高電池的安全性。

TMP具有良好的氧化穩(wěn)定性，但還原穩(wěn)定性較差，它位于石墨電極上，當(dāng)負(fù)電位為1.2V時，TMP被不受限制地大量還原和分解，產(chǎn)生CH4、C2H4等氣體產(chǎn)物。添加EC和PC等共溶劑可以抑制其還原和分解。然而，隨著共溶劑含量的增加，電解質(zhì)的不可燃性降低。

如果您想了解更多關(guān)于電解質(zhì)行業(yè)的信息，請參閱前十大NMP溶劑材料公司、前十大鋰離子電池電解質(zhì)公司以及以下相關(guān)文章。